港大与北师大用三维波模拟研究超轻暗物质，首次预测其对引力透镜成像的影响

IT之家 9 月 24 日消息，香港大学物理系与该校天文及天体物理研究所，联合北京师范大学主导的研究团队，提出一种更贴近物理实际的方案，用三维波模拟检验超轻暗物质对引力透镜图像的影响。 这是首次直接基于超轻暗物质的三维波模拟，直接预测其对引力透镜成像的影响，为利用高分辨率引力透镜观测研究暗物质性质提供了新的方法。相关成果已发表于《天体物理学杂志快报》。 暗物质被认为占宇宙全部物质的约 85%，不发光也不吸收或反射光，目前只能通过引力效应被探测。它不在粒子物理标准模型之内。过去十年，越来越多天文证据提示，暗物质可能由超轻粒子组成（超轻暗物质也称“模糊暗物质”，指质量极低、集体行为类似波的暗物质候选者）。 由于质量极低，这类粒子可像波一样集体运动，形成类似海浪相遇时的复杂干涉图样。这种图样可能在星系多重像中留下痕迹。 引力透镜是指大质量天体的引力弯曲并扭曲更遥远光源的光，从而形成多个图像。研究团队据此预测，若星系由超轻暗物质构成，透镜图像应具有哪些性质。 此次研究中，团队利用计算机直接模拟超轻暗物质粒子相互作用形成的波状质量分布，并据此预测星系由这类暗物质组成时可能产生的引力透镜成像特征。这与传统建模方法有所不同，后者通常采用经过简化的暗物质分布模型进行计算。 研究团队将模拟结果与一个经过广泛研究的引力透镜类星体观测结果进行比较。结果显示，基于波动模拟得到的模型对透镜成像位置的复现程度优于研究中采用的对比模型。 研究人员表示，这一结果表明，引力透镜系统可能成为检验超轻暗物质模型的一种手段。团队下一步还将研究其他可能的观测特征，包括超轻暗物质是否会导致引力透镜多个成像之间出现亮度变化。 研究团队称：“我们非常兴奋地看到模拟预测的结果，因为事先并不知道会发现什么可观测特征。这为未来利用引力透镜研究暗物质本质开辟了全新途径。” IT之家附论文地址： https://doi.org/10.3847/2041-8213/ae9a9e 。